CHAPITRE 3 APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE
3.3 Mise en place du système d’évaluation de l’énergie spécifique de malaxage
Le malaxage est une étape importante pour produire un mélange homogène dans le processus de fabrication des RPCs. Une centrale permettant de mesurer et d’enregistrer l’énergie dissipée au cours du processus de malaxage a été montée sur deux malaxeurs de laboratoire.
3.3.1 Description de l’appareillage et acquisition de l’énergie de malaxage
L’appareillage utilisé est constitué d’un wattmètre de marque Acuvim IIR pouvant être monté sur différents types de malaxeur de laboratoire. Ce système est composé d’un capteur de courant inductif, un transducteur courant-tension et un enregistreur de données permettant la mesure et l’affichage de l’énergie sur trois étapes décrites à la section 3.3.2. Le schéma simplifié du montage de la centrale de mesure d’énergie de malaxage est présenté à la figure 3.7. Ce système peut fonctionner dans les conditions de température comprise entre -25 et 75°C et entre 5 et 95 % d’humidité relative.On observe sur la figure 3.7 une pince ampèremétrique pour la mesure de l’intensité du courant traversant le malaxeur. Connaissant la tension d’alimentation du circuit, le wattmètre détermine la puissance consommée par ce dernier. Un logiciel de traitement de données télécharge les valeurs enregistrées instantanément à l’aide d’un système de communication par Ethernet, calcule et affiche en temps réel l’énergie dissipée au cours du temps de fonctionnement du malaxeur.
La figure 3.8 ci-dessous est une photo qui montre l’ensemble de l’appareillage décrit sur la figure 3.7 précédente.
Figure 3.8 : Appareillage pour la mesure de l’énergie de malaxage
3.3.2 Traitement des données
L’appareil fonctionne en plusieurs étapes que l’on peut regrouper en trois. La première étape consiste en la mesure en temps réel de l’intensité du courant traversant le moteur du malaxeur durant son fonctionnement et la valeur de la tension aux bornes du circuit d’alimentation du malaxeur à l’aide des capteurs de courant et de tension. Les données sont recueillies sous forme de signaux analogiques convertis en signaux électriques à l’aide d’un transformateur de courant inductif (ACuCT Ho 40-30:333). L'enregistreur de données a été fixé à des signaux de tension d'enregistrement correspondant aux courants de circuit à un débit de 64 points / cycle.
La deuxième étape correspond au calcul de la puissance électrique consommée pendant le fonctionnement du malaxeur. La puissance consommée est déterminée par la relation :
𝑃 = 𝑈. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠𝜑 [3-7]
où P (W) est la puissance active consommée par le malaxeur, U (V) et I (A) sont les valeurs efficaces de la tension et du courant respectivement et 𝜑(°C) est le déphasage entre le courant et la tension. La valeur cos𝜑 (également mesurée par le wattmètre) est le facteur de puissance qui rend compte de l’efficacité du moteur du malaxeur.
La troisième étape consiste au calcul de l’énergie dissipée au cours du malaxage. Cette énergie est déterminée par le produit de la puissance et de la durée de malaxage :
𝐸 = 𝑃. 𝑡 [3-8] où E (Wh) est l’énergie dissipée par le malaxeur fonctionnant durant un temps t (h).
Les données enregistrées ont été transmises à un ordinateur via un système de communication par Ethernet. Il est possible de faire un suivi en ligne de l’évolution des paramètres enregistrés (puissance, énergie, etc.) grâce au logiciel de traitement des données « Data logging Acuvim ». Le traitement des données consiste principalement à déterminer l’énergie de malaxage dépendamment de l’état de fonctionnement du malaxeur : à vide ou en charge.
Dans le cadre de ce travail, l’enregistrement des données se déroulait par séquence de 10 secondes. Ce intervalle de temps, relativement court, a été choisi pour permettre d’observer la variation de l’énergie dissipée au cours de la durée de malaxage. Dans ce cas, la puissance devient une fonction du temps et l’énergie dissipée (lorsque le malaxeur fonctionne à vide) peut être déterminée par l’expression : 𝐸0 (𝑊ℎ) = ∫ 𝑃0(𝑡)𝑑𝑡 𝑡𝑓 0 = ∑𝑡𝑖𝑃0𝑖 𝑛 1 [3-8]
où E0 est l’énergie de malaxage à vide en Wh. P0 (W) est la puissance consommée pendant la durée
de malaxage t. ti (h) est la durée du fonctionnement à vide du malaxeur associée à l’intervalle i
de 10 secondes (ti =1/360 h). tf correspond au temps final du processus de malaxage. Poi est la
puissance consommée par le malaxeur durant l’intervalle i du fonctionnement à vide. La figure 3.9 illustre le principe de calcul de l’énergie dissipé lors du fonctionnement à vide du malaxeur.
Lorsque le malaxeur fonctionne en charge, c’est-à-dire après l’introduction d’une masse m (kg) des matériaux dans le malaxeur, le calcul de l’énergie dépensée E peut être effectué en suivant le même principe décrit ci-haut pour l’énergie de malaxage à vide E0, mais en utilisant la puissance
totale consommée par le malaxeur durant son fonctionnement en charge P(t). La différence entre les énergies mesurées durant le malaxage en charge et à vide (E-E0) définit l’énergie effectivement
consommée lors du malaxage. L’énergie spécifique de malaxage (ESM) peut alors être déterminée comme suit : 𝐸𝑆𝑀 (𝑊ℎ 𝑘𝑔) = 𝐸 − 𝐸0 𝑚 [3-9]
où E et E0 sont les valeurs d’énergie mesurée durant le malaxage respectivement lorsque le
malaxeur est chargé et fonctionne à vide et m (kg) est la masse de la charge de remblai mélangé. L’ESM de malaxage étant un rapport entre l’énergie réellement dissipée durant le malaxage et la masse du RPC, il n’est donc pas possible de la déterminer lorsque le malaxeur tourne à vide c’est- à-dire lorsque la masse m est nulle. L’expression [3-9] montre que le calcul de l’ESM lorsque m = 0 conduit à une forme indéterminée. Cela se vérifie dans la mesure où la valeur de l’énergie mesurée durant le malaxage à vide devient la même (ou presque) que celle mesurée lorsque le malaxeur est chargé lorsque la masse m est suffisamment petite (m ≃ 0). Il s’ensuit que l’ESM peut être définie seulement s’il existe une masse m ˃ 0 dans le malaxeur. Elle peut être déterminée par l’expression ci-dessous :
𝐸𝑆𝑀 (𝑊ℎ 𝑘𝑔) = 1 𝑚∫ [(𝑃(𝑡) − 𝑃0(𝑡)]𝑑𝑡 𝑡𝑓 0 = 1 𝑚∑𝑡𝑖(𝑃𝑖 − 𝑃0𝑖) 𝑛 1 [3-10]
où Pi est la puissance de malaxage dissipée durant un intervalle de temps ti fixé à 10 secondes.
La précision est de 0,2% d’erreur relative pour la mesure du courant, de la tension et de l’énergie.